Esercizi per prova scritta Chimica fisica 1 (teoria + quantistica) seconda parte

HC

per molecola : *

10- 10-2kg

?

?

108

14)2 (299000 m- 6735

m/s) 066 N/m

1 515

k (3 (2 58

4 5

998 g

. .

. .

.

= ,

,

. ,

. =

, -

10-2

10-2wg Ng

6735 066

58

1 +

. .

.

, L si Kg

ottengono a

convertendo da

masse uma

le

e amalogo

il metodo

le

Per altre malecole :

↑ H127I

La rotazione della molecola può essere vista come il movimento di un atomo di H a distanza di

16)

160 pm da un atomo di I stazionario. Supporre che la molecola ruoti solo nel piano.

Calcolare l’energia necessaria per eccitare la molecola nella rotazione. Quale, eccetto lo 0, è il minimo

momento angolare della molecola? (R: 1.298x10-22 J; -1.055x10-34 Js)

men

mh

E = = 2mr2

I

2

O

me Eo 0

= = 3475)2 102y

12 -

(1 298

E

me l 055 18 1

= .

1 .

=

= =

, .

15- 15 m)2

(160

.

2 6005

008 Ky

1 1 . .

.

. ,

,

Minimo ottiene

anzolare si pari 10-1

momento a

per me

: :

T

3z

1

Me = = -

- 1

3z

Me 1 +

+

= =

Scritto o

Teoria

(Ghigha Parte)

2

trasformazioni

enerzia di

libera Fase

e °

tabulati di

Sto

Noti DV° %,

i forniti Ah

valori combustione Ch4

1G

calcolare la

15

1) :

e X

,

, ,

CO2

20219 2H20

CH4(g) + /el

+ (y)

1fHo(ky/mol) 51

393

81 285

-

74 83

- -

- ,

, ,

(3/mak)

°

5 69 91

74

213

14

205

26

186 ,

,

,

, O

1

Ang 2

2 1 =

= -

- - -AfCH4

Aco

Wa

waft" 21

Art 36k]/ma

-890

e

= g =

-

= , ,

, ,

PROD ArU AngRT

Arti ArU ApV +

+ =

= Arto-AngRT

ArU KJ/ma

4

-885

=

= ,

96 KJ/MA)

RTAng 4

+

W =

= ,

2arGo-reaqWAfGe

Argo = PROD Wa/ma-298 / 92/mak)

Art-Tarso

Ire Km

-252

-890 92

-817

36

oppure =

: =

= ,

, ,

Arso 25-S -25298

ma

e

=

= /Mo

DrVo 4k)/mol-298K

Art TArSo ) 99k]/ma

.

(252 98

-885 812

= - -

. =

= ,

,

,

Calcolare il massimo lavoro non espansivo– per mole– che può essere ottenuto da una cella a combustibile

2) in cui la reazione chimica consiste nella combustione del propano a 298 K. Si assuma di lavorare a T e p

costante. C3Ha(y) 4Hz0(e)

502(g) 3CO2(y) +

-

+

AfGlk/moll 36

49 394 237 13

23 - -

-

- ,

,

, massimo espansivo ottenibile

lavoro

il non

a Tep cost

ED , di

corrisponde

AG

Wadd 1G

modulo

al

max =

, e-51rGoz-AflicsHa

Argo KJ/mal

3afgoco2 41fEH20 -2108 1

+

g g

= = ,

, , ,

Si calcoli la variazione di G quando la pressione viene aumentata da 1 atm a 100 atm su 1 L di H2O alla

3)

temperatura di 300 K e alla temperatura di 600 K.

Vdp-5dT

dG Sar

= ( 17

v

T cost

a : te =

= liquido il varia poco

Per solido la

comme

T 300K un con

un

o ,

= :

pressione :

VSdp (100-1

= 10

V 101325Pa

A 1p m

= = =

. . M

indipendente

considerare

possiamo V

T GooK da

gas

un non

: p:

X

= nRTSnRTe

1G = amm 14

1

= 020

0 ma

n . =

= ,

600K

Xam

06206

0 .

, malk

0020max

AZ nRTen 600 en 459

314

8

= ,

= .

. =

moiX ↓ 459k]

0 .

La produzione di diamante a grafite a temperatura ambiente è termodinamicamente sfavorita. Calcolare

4) la pressione richiesta per convertire grafite in diamante a 25°C, in base ai dati forniti in tabella (T=25°C,

p=100kPa), supponendo che il volume specifico e la compressibilità siano indipendenti dalla pressione.

US kT

CDiamantel

Clarafitel

O

AfGo(k]/moll 8678kJ/mal

2 ,

Vs(m3/g) 0 284

.

0 444 , 10-8

8

)

-

(kPa - 0

3 187

K 04 10

+ .

. .

, g) cm3/9

(Us

ArVm cm/mal

Arzm (0

a-Us

2 /mal

444) 12

284-0 01

Mm 92

-1

· · =

= =

= , ,

, , .

,

2p T

Hi

dArGm dp

1rUm

= Sorumdp

SdAram assumiamo variazione pressione

indipendente

del

la volume

= dalla

= Di

ArGm ArUm Ap

=

cerchiamo una pressione tale per cui il DeltaG della reazione da grafite a diamante sia 0, che indica

l’equilibrio tra le due fasi. Questa pressione è p2. Al di sopra di questa pressione, il diamante sarà più

stabile della grafite.

DeltaG si riferisce alla differenza di G tra grafite e diamante, a condizioni normali (1), e all’equilibrio (2),

dove la differenza va a zero.

1Gm 0

2 =

,

AGm ArVm(P2

AGm Pr)

1

2 =

- -

, , . 493

/

= opa patoSpa

-17m 493

1 1

1

pr +

pe

= = =

, + ,

,

1m3

Um

Ar

assumiamo variazione dipendente pressione

del dalla

e la volume

se

Ricerchiamo la pressione alla quale DG vale zero. Al di sopra di quel valore di pressione il diamante sarà

stabile rispetto alla grafite. cm

= IrV-1 92 m

,

Al serie di

in

può KPa/I

con

Taylor Bar)

espanso ,

essere pr 100

= Quindi pari

vezza imposta o

fasi a

all'equilibrio

2

le

reazione Quale son

alla

alla pa

AG della

~ . [1]

Pr)2

1 ArG(P1)

GarE(pe)

ArG(p2) (P2

(P2-pel

ArE(pe) +

+

+

= ...

-

2 Gp2

7pT T

Reazione atmosferica

AG p

della a

A .

formazione

di

corrisponde 1G Diamante

al del

E pressione, definita

T è

Derivata volume rispetto

KT nel

a cost

del alla

= ,

- di compressibilità

coefficiente

I termini di ordine superiore possono essere trascurati. La derivata seconda (derivata della derivata

prima) può essere espressa come:

ErGPe GGYMM kTpMm

V (VE (044430410-3-020

VD

kT, =

-

=

= - 7

(m

10-3) cm3/

-

01/ma KPa

56

Pa 12 10

1

0 A

187 mol

.

=

· -

. .

. , ,

.

afGo

Convertiamo di

unità misura

alla ottenuta

stessa :

Pame 10m

10 .

IkPa 100

Art(po) KPa

8678 8678

2

2

= . .

. =

.

, ,

103 mal

Pa

cm3/mel poniamo

1-P2-Pr

Definiamo il

dividiamo Pari

Arg

tutto e

per , Zero

a :

, 10-3 =

%

[1] + X

KPa

924 7

8678 0

KPa-1 80

2 10

D

= + =

. .

, ,

, soluzione (pressione minore)

prima e

La : 10

% 106

922 %

8678

* Pa 15973

-

7 5973

-pr) 2

80

(P2 92 KPa

1 10 Bar

1 5973 10

1 4 1

.

-

. .

, .

-

= . =

= =

=

, -

, , ,

.

10-8 KPa-

7

2 80 .

. , 10

X Bar 1

15973 15974

+ Bar

60

1

pr pr +

= = .

=

= ,

aTM

o riferisce Diamante

pressione

2 Gia'

La Stabile

il

maggiore

si

se Quale Sara'

NB ad ancora

una alla

: +

viene considerata

Grafite

Rispetto non

pertanto

alla e

Gli idrati dell'acido nitrico sono stati studiati come catalizzatori eterogenei per abbattere i gas serra.

5) Vengono studiati nelle condizioni relative alla stratosfera invernale polare.

Sono disponibili dati termodinamici relativi alla sublimazione di mono- bi- e triidrati dell'acido nitrico,

secondo la seguente trasformazione: nH20cq)

MH2015)

HNO3 HNoz n 3

2

1

e

- =

. , ,

Tabulati riferiti

valori K

a

sono

I 220 .

di

Calcolare 190

reazione

1G K

il a .

l'equazione GiBBS-Helmoltz

di

Secondo : ma

Monoidrato

il

X :

ArEz-mono 2127 k

46 57 2

= = ,

.

Biidrato

il

X : 180k(m) m3/ma

KJ/ma

IrGz-Bi 69 85 6

4 +

= =

, ,

Tridrato

il

X : /ma()

Arta-Tri 93 8k3/ma

Kb/md 237

2 112

= + =

, ,

Di quanto cambia il potenziale chimico di un pezzo di ferro quando viene scaldato da 100 a 200°C?

6) Si assuma che l'e ntropia molare standard possa essere approssimata a 53 J/molK per l'intero intervallo

di temperatura. Chimico

Potenziale

DM

↑ = =

dT

&M -SmdT

IM

= =

7Tp

SSmdT -SMAT 533/malk (200 kJ/ma

3

5

1M 1001 w

= =

-

= - - .

= - ,

chimico (liquido

Di potenziale G/ML)

cambia il Densità Quando

del

Quanto 789 la

Benzene 0

, ,

esercitata Pa

Pressione ?

passa 100

da Mpa

100

a

(M) =

dm Umdp =

dp Vm =

Ad

e

=

=

=

(Adp 10

11 g/ma

-M 78

= (100-0 KJ/mal

088

pa

Ap 0

1) .

,

= =

= · . .

729

0 .

in questo modo stiamo assumendo che il gas sia incomprimibile, ov vero che il Volume molare non vari con

la pressione.

Il volume molare di un certo solido è 142.0 cm3mol-1 alla pressione di 1 atm e alla temperatura di fusione

7) di 427.15 K. Il volume molare del liquido in queste condizioni è 152.6 cm3mol-1. A 1.2 MPa la temperatura

di fusione diventa 429.26 K. Si calcoli l'e ntalpia e l'e ntropia di fusione del solido.

:

Equazione -Rns

clapeyron m

di indipendente

Um

variazione sia

s Tep

Assumendo da

che e

la :

(t)

AfusVm -

1fusS AfusVm

=

= . 10

105 pa

01)

(12-1

01cm/mal c

(152 55

5

6-142 21 +

10,0

= - = .

. , ,

.

, molk

15)

1429 427 k

26 - ,

, K

Fusione AfusS 7/mak

AfusH

Alla 427 K3/mal

Trus 5 52

15 2

T 4

: = +

.

=

- =

, ,

,

-p

La tensione di vapore di una sostanza a 20 °C è 58.0 kPa e la sua entalpia di vaporizzazione è 32.7 kJ/mol.

8) Si stimi la temperatura alla quale la tensione di vapore diventa 66.0 kPa.

AtrsS

= AtrnsH

=

Um Um

ATrns ATras

T .

Capp

= Duap Um RT2

T .

di denpap

Ap

clapeyron

ed : = =*